VHF宽带功率放大器设计1.pdf

第34卷第11期电字工程师Vo1．34No．11
2008年11月ELECTRONICENGINEERNOV．2008

VHF宽带功率放大器设计
陈琦，徐军，雷毅
(1．电子科技大学物理电子学院，四川省成都市610054；
2．深圳迈科信科技有限公司，广东省深圳市518000)

摘要：仿真并设计了一款VHF波段宽带大功率放大器。匹配网络采用传输线变压器宽带匹配
技术以及微带混合电路，使功率极好地传输。末级采用多个放大器功率合成来满足大功率的要求。
采用了负反馈网络改善电路性能，通过预失真网络的调整得到较好的功率平坦度，采用输出耦合反馈
控制电路保证功放正常工作。该功放在20MHz～90MHz频段内输出功率大于50dBm，且具有较好
的增益平坦度和较高的效率。给出了测试结果，满足设计要求。
关键词：VHF；功率放大器；巴伦
中图分类号：TN722

O引言2整体设计方案

现代移动通信的迅猛发展，功率放大器在现代电功率放大器的组成如图1所示。
子微波系统中越发凸显了其必不可少的重要性。特别
是软件无线电的出现，对功率放大器的带宽有了更高
的要求。实现软件无线电的关键技术之一就是宽带射
频前端，作为射频前端模块的重要部件，宽带线性功率
放大器对通信系统的性能起着关键作用。
本文设计了一个宽带高线性功率放大器。微波功
图1功率放大器组成示意图
率放大器设计关键在于其输入输出匹配电路。功放匹

配电路的设计主要有动态阻抗匹配、大信号s参数法此宽带线性放大器工作频段近3个倍频程，线性
仿真、谐波平衡法等。设计宽带线性功率放大器时，要求较高，而且输出功率较大。功率放大器采用3级
必须在放大器的带宽、输出功率和非线性等指标之间放大。第1级选用放大模块，工作在小信号状态，按小
折中。功率放大器的各部件都对输出的非线性有影信号高增益放大器设计；推动级和末级放大选用MOS．
响，其中最主要的是驱动放大器和末级功率放大器。FET场效应管，工作在大信号状态，按大信号高功率放
本文选用放大模块作为驱动放大器。末级功率放大器大器设计。后2级都采用推挽平衡结构并工作在AB
选用了增强型LDMOS大功率场效应管，利用管子的类，以兼顾线性与效率。
非线性模型，采用谐波平衡法仿真。设计中使用了第1级放大模块提供较大增益，推动级将射频信
AdvancedDesignSystems，AutoCAD，protel等软件。号进一步放大。前2级要求有较高的线性度，避免输
1功率放大器的技术指标要求出失真信号被末级放大造成更差的输出。作为末级宽
带功率放大器，大信号特征比较明显，其指标性能的优
技术指标要求如下：工作频带为20MHz一90MHz；劣对整体指标的影响非常重要，需要严格要求。本设
输入功率为一10dBm一10dBm；输出功率(1dB压缩计采用带宽宽，输入输出阻抗高，易于设计匹配电路的
点)为≥50dBm；增益为≥40dB；增益平坦度为
MOSFET场效应管。
±1dB；VSWR(in)为1．5：1．0；谐波抑制为2次谐波
≥14dBc，3次谐波为≥10dBc；交调抑制为≥15dBc；3衰减网络设计

杂波输出为一70dBe；温度(壳温)范围为一25℃一功率放大器前端采用数控衰减器，实现对输入信
55℃。有过激励、过流、过热保护。号逐级衰减和增益可调性。

收稿日期：2008-06—12；修回日期：2008-08一l8。

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第34卷第11期陈琦，等：VHF宽带功率放大器设计·基本电子电路·

50(2—二
4匹配网络设计

匹配网络如图2所示。图4巴伦分路器

．1放大器的稳定性是放大器仿真设计中必须考虑的
问题。稳定性取决于晶体管的s参数、匹配网络等因
数。改善电路稳定性的方法有很多。如图5所示，将
功率放大器管并联电容、电阻，形成负反馈，是宽带功
率放大器设计中常用的方法，不仅可以使电路稳定，同
时也对输入输出匹配有重要作用，反馈的增加还可以
图2匹配网络展宽频带。

一般情况下，功率增益随频率增加近似按6dB倍
频程而下降。由于工作频带很宽，必须对增益滚降采
取措施，使频段内增益平坦度减小。匹配须提供一个
随频率按正斜率变化的增益，以补偿晶体管的滚降。
图5负反馈示意图
采用平衡结构和增加反馈都可以加宽带宽和减小平坦
度。大信号工作条件下，功率放大管的输入、输出阻抗
5偏置网络的设计
变化很大，宽带匹配越加困难。在功率放大器设计中，
输入和输出匹配电路基于特定的匹配功能而遵循不同静态工作点由栅极电压决定，放大器需要偏置电
的设计原则。输入匹配电路主要解决稳定性、增益、增路来提供正确的工作状态，它设计的好坏直接影响有
益平坦度、输入驻波等问题；输出匹配电路主要是谐波源器件的性能。图6所示为偏置网络示意图。
抑制，改善驻波比和降低损耗等问题。